JP5593261B2 - 共振器を備える計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に従う共振器を備える計測装置に関する。

「ＤＥ １０ ２００５ ０１５ ５１２」によれば、共振器として水晶振動子を備える計測装置は、共振器内の水晶振動子を交換可能であることが知られている。計測装置は、流体が流体入力部及び出力部をそれぞれ通過可能な複数の測定チャンバーを含む。典型的には、水晶振動子の振動パラメータ群が計測され、流体の特性がその計測結果に基づいて定まる。

さらに、上記振動パラメータ群の計測に加えて、電気化学的な測定に水晶振動子を使用することも知られている。一般に、電気化学的な計測のためには基本的に３つの電極が備えられる。すなわち、作用電極、対電極、及び参照電極が備えられる。電気化学的な測定において水晶振動子測定チャンバーを使用する場合、水晶振動子が電極の役割を果たすことと、さらに加えて、少なくとも１つの対電極が備えられること、が要求される。従来技術では、対電極は測定チャンバーの中に水晶振動子に対して並列に配置される。

流体の電気化学的な特性を正確に定義するためには、従来技術では、参照電極が流体入力部と複数の流体出力部にさらに備えられてもよい。

従来のシステムは、対電極が使用されている間に消耗してしまうという不具合がある。その結果、対電極が消耗すると、計測チャンバー一式が使用できなくなる。

本発明は、電気化学的な計測が可能であり、かつ測定チャンバーが長持ちする、共振器を備える流体計測装置を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１に記載の特徴によって達成される。

それ自体として知られているものとして、共振器の振動パラメータを分析するための共振器を備える測定装置は、流体接続部を有し、その共振器は、電気化学的な計測のための作用電極として使用されてもよい。流体システム又は貯水コンテナは、流体接続部品によって、その測定装置の流体接続部に連結されてもよい。さらに、少なくとももう一つの対電極が、作用電極としての水晶振動子に加えて、計測チャンバーを有する測定装置内に設けられる。

本発明によれば、測定装置の電極は、交換可能に構成される。これは、一方では、測定装置の共振器が交換可能であることを必須とし、もう一方では、少なくとももう一つの交換可能な電極が提供されなければならない。これは、流体接続領域に設けられた、交換可能な接続電極でよい。

電極を交換できるように配置することは、次の利点を有する。例えば、電極が消耗した後、計測チャンバーの機能を毀損することなく、それらを簡単な方法で必要に応じて交換することができる。計測チャンバーの流体入力部と流体出力部は、実質的に水平面内に配置される。ここで、流体が流れる方向は、一般的にあまり重要ではない。本発明に従う計測チャンバーは、実質的に対称に配置されるからである。

特に好適な実施態様では、電極がチューブ状に構成され、少なくとも一部分において、電極が流体の通り道のための流体経路を形成してもよい。このような流体経路としての電極の構成は、対電極として接続電極を使用することとの関係において、特に有利な効果を有する。なぜならば、それは、とりわけ大きな電極表面を有し、その結果、小さな電流密度のみを許容するためである。

好適な点として、電極は、流体接続の中に挿入されたブッシングの中に統合されてもよい。これは、電極を交換する際の取り扱いを容易にする。ブッシングが実質的に挿入された電極よりも大きくなるように構成されてもよいからである。好ましくは、ブッシングは、ＰＥＥＫ樹脂で形成されてもよい。さらに、ＰＥＥＫ樹脂製ブッシングは、電極なしに形成されてもよい。この電極なしのブッシングにより、消耗した電極の交換が不要となるのみならず、電極なしのブッシングも使用できるようにする。もし、電極を必要とせずに計測が実行できるならば、電極がないために低コストのブッシングを使用することによって、電極の汚染を回避できる。

さらに、ブッシングは、連結対象の流体システム又は供給コンテナの流体接続部品を取り外しできるように構成されてもよいし、漏れることないようにそれを搭載してもよい。とりわけ、ブッシングは、流体接続部において外側のねじ山と結合するためのロックナットによって、この流体接続に搭載される。これは、流体密閉する方法において、挿入されたブッシングを定位置にロックするための簡単かつ高速な可能性を提供する。

これにより、もし、電気化学的な計測において特に必要ならば、電極を挿入可能な計測チャンバーが多機能の用途に使用可能となる。電気化学的な分析が要求されない計測において、電極は必要とされない。

挿入されたブッシングが使用されない場合において、以下の実施形態で示すように、接続部品はねじで直接、流体入力接続部と出力接続部にそれぞれ留められてもよい。

とりわけ、一つの対電極が流体入部及び出力部にそれぞれ設けられる。例えば、この配置で、以下のような電気化学的な計測を用いてプロセスコントロールを実行してもよい。その電気化学的な計測は、水晶振動子計測と並行して、これらの電極を用いて実行される電気化学的な計測である。例えば、気泡が非対称にチャンバー内に含まれるとき、入力と出力とで異なる信号が得られる。

例えば、もし、異なる流体が順番に計測チャネル内に導入されたならば、入力部から出力部の間で計測されるであろう濃度が、緩やかな勾配を有する混合流体になる。これに対応して、進行に伴う各流体の濃度変化の進展によって影響を受ける電気的な変化が電極によって計測されるかもしれない。

特に好適な実施形態では、計測装置は、２つの部分で構成される。この実施形態では、水晶振動子は、上部材と下部材の間に置かれる。流体接続部は、上部材に統合される。上部材と下部材は、取り付けられた後、液晶振動子によって下方の範囲が規定される計測チャンバーを形成する。上部材と下部材は、バイオネット接続手段によって互いに支えられてもよい。上部材の電極接続のこの構成は、本発明に従う電気化学的な計測チャンバーは、従来技術で既に得られている運搬部分（下部材）の上に取り付けられてもよいという利点を有する。

上部材にて提供されるこの電気的な接続の代わりに、それらが下部材に提供されてもよい。計測チャンバー内の電極、例えば、流体接続部の中に置かれている電極及び参照電極は、計測デバイスの下部材内を通じて接続されてもよい。下部材内を通じて接触することは、上部材に接続される接続ケーブルがなく、それ故、潜在的に取り外し可能な部位なので、計測チャンバーの操作が簡略化されるという利点がある。

上部材が下部材に接続されると、接続部と電極がすぐに接触する。特に、このような接触が、それぞれピンとスプリングピンで形成される。

上部材が下部材の上に配置されるとき、スプリングピンは接続電極を押圧する。

さらに、上部材にバルブ開口が備えられてもよい。その上部材の開口は共振器の上部に垂直に配置され、軸が挿入可能である。その軸の下面は、計測チャンバーの上の境界を形成する。これにより、内部が見えるように構成され、プロセスの観察が可能となる利点がある。

好適な例では、電極軸が透過軸の代わりに開口に挿入されてもよい。電極軸は、参照電極であってもよい。多様な電極軸を計測器の垂直な開口に挿入できることは、様々な流体プロセスに対して、アクセスでき、かつ、様々な参照電極を適応させることができる、という利点を有する。例えば、Ａｇ／ＡｇＣｌ又はＰｔ／ＮａＣｌの参照電極が挿入されてもよい。参照電極は、計測チャンバーを通過する流体ができるだけ乱されないように、端の場所に設置される。

特に、電極軸は、流体入出力部の流体チャネルの間に配置される。電極軸は、流体チャネルに遷移する場所で流れをできるだけ乱さないこと、かつ、流体接続部と計測チャンバーの間の遷移エリアにおいて死容積が発生しないことに適合した形状である。

参照電極が交換可能であるということが、次の更なる利点をもたらす。それは、穴だらけになり、使用できなくならないように、参照電極が、計測チャンバーに向かい合うその端部において、継続的に湿気を保持しつづけるためのグラスドリップを備えてもよい。参照電極が取り外し可能であることにより、計測装置は必ずしも湿気のある環境に保持される必要性がなくなり、参照電極は、計測装置から別々に取り外して湿気のある又は水気のある環境に個々に貯蔵しておけばよい。

特に好適な例では、対電極は、プラチナで形成されてもよい。プラチナは、不活性であり、かつ、相応の生体適合性を有し、それ故、複合流体で使用されてもよい。

さらに、下部材には加熱・冷却部材が設けられていてもよく、これにより、計測チャンバーが温度コントロールされる。水晶振動子は２つの接触点を保持しており、それらの接触点は水晶振動子の底面に配置されており、計測装置の下部材の接続位置に接続されている。よって、計測装置は、水晶振動子を励起させるためとともに、信号入力とデータ入力のためのインターフェースをそれぞれ提供する。

もし、水晶振動子が計測装置の表面の金属泊に貼り付けられたならば、それは張力がゆるんだ状態で密封される。

さらに好適な実施形態では、流体を受け止める装置が接続部分に接続されてもよい。流体回収装置は、流体回収装置がサンプルの流体で満たされるとすぐに、流体静力の計測を可能とする。

発明の実施形態に従う計測チャンバーを通過する切断面である。 組み立てられた水晶振動子の計測チャンバーである。

次に、本発明を、図を参照してより詳細に説明する。この文書において、本発明のさらなる特徴と利点が、図とその記述から明らかになる。図において使われている参照記号は、参照記号リストに列記されている。

図において、図１は、発明の実施形態に従う計測チャンバーを通過する切断面であり、図２は、組み立てられた水晶振動子の計測チャンバーである。

図１は、計測装置１０の切断面を示す。計測装置１０は、下部材１２と上部材１４を有する。上部材１４は、バヨネット接続で下部材１２に固定される。上部材１４と下部材１２の接続によって、下部材の中に挿入される水晶振動子１６が固定される。上部材１４と水晶振動子１６の間の遷移の部分において、計測チャンバー２８の横の境界を定めるための密閉部１８が提供される。上部材１４は、水平方向における接続部２２と２４と同様に、付加的に垂直方向に開口２０を有する。水平方向の接続部２２、２４は、本質的には、計測チャンバーの流体の流入と排水の流れを提供する。開口２０は、閉プラグ又は計測チャンバーの上部材の境界を定める参照電極２６を受け入れ可能である。

本発明では、ブッシング３０、３２は接続部２２，２４に受け入れられる。電極３４，３６はその先端においてブッシング３０、３２に統合される。これらの電極は、管状に形成され、ブッシング３０、３２の前部に流体チャネルを形成する。電極３４、３６は、電気化学的な計測における対電極として用いられる。これらの電極３４、３６を接続するために、スプリングピンが下部材１２に統合される。それらのピンは、バヨネット接続したときに、ブッシング３０、３２の凹部を通って電極３４、３６と接触する。スプリングピン３８，４０は、ハウジングにおいて、導電体を用いて接続部に接続している。これは、対電極３４、３６におけるシンプルな電圧タップを可能とする。

ブッシング３０、３２は、接続部２２、２４の外側のねじ山と結合するロックナット４２、４４によって、流体を密封した状態で計測チャンバーと結合する。さらに、ブッシング３０、３２は、接続部４６、４８の一つと対応する内側のねじ山を有する。接続部４６、４８は、ブッシング３０、３２にねじ込まれ、それによって、流体供給の接続を提供する。

水晶振動子１６の表面には、伝導層５０が設けられる。これは、プラチナで形成されることが望ましい。この層によって、水晶振動子は、電気化学的な計測における作用電極を形成する。

参照電極２６は、上部材１５の開口２０に挿入され、参照電極として形成される。参照電極は、塩水に挿入される導体５２を有する。塩水は、半透過性膜によって計測チャンバーから分離される。

この配置は、対電極３４、３６と同様、参照電極が消耗するとすぐに、ブッシング３０、３２と一緒に交換できるという利点を有する。これは、ロックナット４２、４４が接続部２２、２４から取り外されるという、シンプルな方法を可能とする。ブッシングは、単に取り外され、新しいものに交換され得る。それゆえに、単に対電極が消耗しているからといって、計測チャンバー一式を交換する必要はない。

図２は、水晶振動子計測チャンバー１０の閉じられた状態を示す。この実施例では、水晶振動子は計測チャンバー２８の下面を形成し、一方で、参照電極２６は、薄膜によって計測チャンバー２８の上側境界を定める。計測空間の側面は、シーリング１８によって範囲が定められる。スプリングピン３８、４０は、上部材と下部材１２、１４結合するや否や、ブッシング内の対電極３４、３６と接触する。

１２：上部材
１４：下部材
１６：水晶振動子
１８：シーリング
２０：垂直開口
２２：水平接続部分
２４：垂直接続部分
２６：参照電極
２８：計測チャンバー
３０：ブッシング
３２：ブッシング
３４：対電極
３６：対電極
３８：スプリングピン
４０：スプリングピン
４２：ロックナット
４４：ロックナット
４６：接続部分
４８：接続部分
５０：金属層

Claims (8)

1. 少なくとも一つの共振器（１６）を有する計測装置（１０）であって、少なくとも一つの流体入力（２２）と流体出力（２４）のための流体接続部（２２、２４）を有する計測チャンバー（２８）を備え、
   前記計測チャンバー（２８）は、前記共振器（１６）によって下方が制限されており、
   さらに、計測される流体と接触している前記共振器（１６）の表面は、電気伝導性を有するように形成されて、かつ、電気化学的な計測における作用電極を形成し、
   さらに、少なくとも一つの追加的な電極（３４、３６、２６）が前記計測チャンバー内に備えられ、
   前記電極（３４、３６、２６）が交換可能であり、
   少なくとも一つの電極は、対電極（３４、３６）として機能し、且つ、チューブ状に形成されており、前記電極（３４、３６）の少なくとも一部分は、前記計測される流体のための流体チャネルを形成し、
   前記計測装置（１０）は二つの部材で形成されており、前記対電極が取り外し可能な上部材（１４）に備えられ、これに対して電気的接続部（３８、４０）が下部材（１２）に配置され、前記対電極（３４、３６）は上部材（１４）を下ろしたときに前記電気的接続部（３８、４０）に自動的に接触させられる
   計測装置。
2. 上記いずれか一つの請求項に記載の計測装置であって、
   前記電極（３４、３６）は、流体接続部品の挿入を可能とするブッシング（３０、３２）内に配置されることを特徴とする計測装置。
3. 上記いずれか一つの請求項に記載の計測装置であって、
   前記流体の入力及び／又は出力上の前記電極（３４、３６、２６）は、前記計測チャンバー（２８）への移行点に配置されることを特徴とする計測装置。
4. 上記いずれか一つの請求項に記載の計測装置であって、
   前記ブッシング（３０、３２）は、ロックナット（４２、４４）によって前記流体接続部（２２、２４）に固定されるように適合することを特徴とする計測装置。
5. 上記いずれか一つの請求項に記載の計測装置であって、
   参照電極（２６）が挿入可能であり、計測チャンバー（２８）の境界をその接触表面で定める垂直開口が、挿入された前記共振器（１６）の前記作用電極の反対に備えられることを特徴とする計測装置。
6. 上記いずれか一つの請求項に記載の計測装置であって、
   特にスプリングピンによるピン接触（３８、４０）が電気的な接続ケーブルと電極との間の移行点に備えられることを特徴とする計測装置。
7. 上記いずれか一つの請求項に記載の計測装置であって、
   前記接触が、前記上部材と前記下部材（１２、１４）を組み立てることによって、形成されるようになっていることを特徴とする計測装置。
8. 上記いずれか一つの請求項に記載の計測装置であって、
   前記計測チャンバー（２８）の温度制御のための装置が、前記下部材（１２）に備えられることを特徴とする計測装置。

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